專利名稱：電池功率路徑管理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中描述的各種電路實(shí)施例一般涉及電池功率路徑管理的電路和方法，更具體地，涉及描述用于監(jiān)視、充電、和保護(hù)跨越大范圍工作電壓和條件的可再充電電池的電路和方法，其中包括低電池電壓條件。
背景技術(shù)：
可再充電電池組是許多電子產(chǎn)品的關(guān)鍵塊，例如個(gè)人計(jì)算機(jī)、便攜式攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、手提式電動(dòng)工具等等。由于其高容量，防止可能導(dǎo)致電池出現(xiàn)災(zāi)難性故障的各種故障狀態(tài)，需要監(jiān)視和保護(hù)電池組。電池功率路徑管理是提供這些保護(hù)功能的關(guān)鍵塊?，F(xiàn)在參考圖1，圖1中示出典型的功率路徑管理電路10。連同可再充電電池12使用功率路徑管理電路10，其包括一個(gè)或多個(gè)電池單元，為了說(shuō)明示出兩個(gè)連接在BAT端子20和接地22之間的電池單元14和16。充電器電壓連接在PACKP端子24和PACKN端子26之間。傳統(tǒng)的功率路徑管理使用PACKP電壓和BAT電壓的二極管-或功能，“PACKP”是指充電器電壓并且“BAT”是指正在再充電的電池的電池電壓。因此，一對(duì)二極管30和32連接在BAT端子20和PACKP端子24之間，其陰極連接在節(jié)點(diǎn)33，在節(jié)點(diǎn)33從電路10獲取輸出電壓。一對(duì)MOSFET晶體管34和36也連接在BAT端子20和PACKP端子24之間，其柵極受監(jiān)視、保護(hù)和控制塊40中的驅(qū)動(dòng)電路(未示出)控制。M0SFET34和36 —般用于保護(hù)電池12免受到故障狀態(tài)影響，例如，可能的劣質(zhì)充電器的過(guò)電壓。因此，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)電流、過(guò)電壓、或欠壓故障時(shí)，控制M0SFET34和36關(guān)閉。最后，感測(cè)電阻器44連接在PACKN端子26和接地端子22之間。一般地，感測(cè)電阻器44和MOSFET晶體管34、36是相對(duì)大的元件，并且這些元件與含有監(jiān)視、保護(hù)、和控制塊40和二極管30、32的電路46分別提供，例如，在印刷電路板(未示出)上等等，與電路使用的電池組相關(guān)聯(lián)。在工作中，如果在PACKP端子24的充電器電壓高于在BAT端子20的電池電壓，那么PACKP-Vd用作在節(jié)點(diǎn)33的輸出電壓(Vd是在二極管30或32中的一個(gè)二極管之間的電壓降)。另一方面，如果移除充電器電壓，和在BAT端子20的電壓高于在PACKP端子24的電壓，那么BAT-Vd用作在節(jié)點(diǎn)33的輸出電壓。然而，對(duì)于需要低電池電壓的應(yīng)用，例如1.8V，二極管的電壓降，Vd (一般是大約0.6V)太大，因?yàn)楦鶕?jù)在節(jié)點(diǎn)33的電壓的工作的電路將需要至少1.8V電壓才能正確地工作。降低最小工作電壓的一個(gè)方式是直接連接電池到監(jiān)視、保護(hù)和控制塊40’，如圖2中的電路10’所示，現(xiàn)在參考圖2。在該電路布置中，如果電池電壓只是低，那么將通過(guò)充電器從PACKP節(jié)點(diǎn)向上充電該電池，但是當(dāng)電池深放電時(shí)，瞬時(shí)系統(tǒng)加電一般不可能，因?yàn)閮?nèi)部監(jiān)視、保護(hù)、和控制塊40’的電路是不工作的。也就是說(shuō)，電池電壓需要充分高，從而起動(dòng)監(jiān)視、保護(hù)、和控制塊40’。此外，某些功能很難實(shí)施，例如當(dāng)電壓太低時(shí)保護(hù)電池。實(shí)際上，當(dāng)電池深放電時(shí),某些應(yīng)用需要通過(guò)充電器加電系統(tǒng)。已經(jīng)促進(jìn)其他功率路徑管理技術(shù)，例如，在集成電路充電器系統(tǒng)中?，F(xiàn)在參考圖3，例如，圖3中的電路50示出一個(gè)控制PMOS柵極和背部柵極端電壓從而調(diào)節(jié)充電器輸出的實(shí)例。電路50包括在AC和USB輸入56、58和輸出節(jié)點(diǎn)60之間的功率路徑中的PMOS晶體管52和54。由二極管62和64形成的二極管-或電路連接在AC輸入56和USB輸入58之間，其陰極連接能帶隙電壓調(diào)節(jié)器66。能帶隙電壓調(diào)節(jié)器66在線68上提供調(diào)節(jié)輸出，例如，2.5V，其用作參考電壓，運(yùn)算放大器70和72比較參考電壓和輸出節(jié)點(diǎn)60上的輸出電壓，來(lái)控制PMOS晶體管52和54的各個(gè)柵極。二極管62和64再次產(chǎn)生二極管電壓降，Vd，因而限制電路的低電壓操作。PMOS晶體管52和54的背部柵極的電壓受到比較器電路76和78的控制。比較器電路76包括一對(duì)連接在AC輸入56和輸出節(jié)點(diǎn)60之間的PMOS晶體管80和82。比較器84還連接在AC輸入56和輸出節(jié)點(diǎn)60之間，以便控制PMOS晶體管52的背部柵極，以下將更全面地說(shuō)明。相似地，比較器電路78包括一對(duì)連接在輸出節(jié)點(diǎn)60和USB輸入58之間的PMOS晶體管86和88。比較器90還連接在輸出節(jié)點(diǎn)60和USB輸入58之間，以便控制PMOS晶體管54的背部柵極，以下將更全面地說(shuō)明。在操作中，比較器84比較AC輸入端56和輸出節(jié)點(diǎn)60上的電壓，判斷在AC的輸入電壓是否大于輸出電壓OUT。構(gòu)造比較器84,如果在AC的輸入電壓大于輸出電壓OUT,那么ACH=I和ACHZ=0。這連接PMOS晶體管52的背部柵極到AC輸入端56，并且為運(yùn)算放大器70提供功率，將在輸出節(jié)點(diǎn)60的電壓調(diào)節(jié)為某些程控值(例如，4.2V)。相似地，如果選擇USB輸入58，那么比較器90比較在USB輸入58上的電壓和在輸出節(jié)點(diǎn)60上的電壓，判斷在USB上的輸入電壓是否大于輸出電壓OUT。構(gòu)造比較器90，因此如果在USB的輸入電壓大于輸出電壓0UT，那么USBH=I和USBHZ=O,這連接PMOS晶體管54的背部柵極和USB輸入58，并且為運(yùn)算放大器72提供功率，將在輸出節(jié)點(diǎn)60的電壓調(diào)節(jié)為某些程控值(例如，4.2V)。對(duì)于集成電路充電器系統(tǒng)，該體系結(jié)構(gòu)工作得很好，但是因?yàn)橐恍┰蛟陔姵乇O(jiān)視系統(tǒng)中不是直接可用。首先，電路50的電壓調(diào)節(jié)需要來(lái)自能帶隙電壓調(diào)節(jié)器66的參考電壓，VBG,需要根據(jù)AC輸入56和USB輸入58的二極管-或(diode-or)為能帶隙電壓調(diào)節(jié)器66提供功率。這需要AC輸入56和USB輸入58具有足夠的空間用于能帶隙。盡管有益于其中AC輸入56或USB輸入58上的最小電壓高于4.3V的充電器應(yīng)用，但是電池監(jiān)視解決方案的輸入功率供應(yīng)并不總是滿足該點(diǎn)。在電池監(jiān)視解決方案領(lǐng)域中越來(lái)越多的應(yīng)用需要至少大約2V的功率供給支持新的電池系統(tǒng)。其次，放大器和能帶隙電路可以消耗某些適合于充電器應(yīng)用但不適用于電池監(jiān)視應(yīng)用的功率。電池監(jiān)視系統(tǒng)傾向于具有認(rèn)為是開(kāi)銷的更嚴(yán)格的功率消耗需求。只要AC輸入56和USB輸入58上的電壓在正常范圍內(nèi)(例如，大于4.3V)，那么運(yùn)算放大器和能帶隙電路消耗功率用于調(diào)節(jié)。需要的是支持利用低至O伏特電壓進(jìn)行電池預(yù)充電功能的功率路徑管理電路和方法，即使電池低至O伏特，該功率路徑管理電路和方法支持在諸如放電過(guò)程中的短路、來(lái)回關(guān)鍵鏈路短路或斷電事件(brown-out events)、充電過(guò)程中的過(guò)電流、和放電過(guò)程中的過(guò)電流的非預(yù)期事件期間提供合適的功率路徑的正常操作，其提供正常快速充電和正常放電功能，并且其適用于在電池監(jiān)視解決方案中使用。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述用于可再充電電池監(jiān)視解決方案的雙功率路徑管理的電路體系結(jié)構(gòu)。與過(guò)去的技術(shù)相比較，電路允許較低的電池單元的最小工作電壓并延長(zhǎng)電池使用壽命。支持利用低至零伏特電池單元運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，和支持零伏特電池預(yù)充電和正常充電。由于大的電容器增加到輸出節(jié)點(diǎn)和低壓降輸出調(diào)節(jié)器(LDO)輸出，還可以經(jīng)受得住斷電或關(guān)鍵鏈路短路事件。因此，根據(jù)電池功率路徑管理電路的實(shí)施例，當(dāng)電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，控制電路在電池輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建第一功率路徑，并且當(dāng)充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，在充電器輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建第二功率路徑。控制電路配置為控制第二功率路徑提供功率給輸出節(jié)點(diǎn)，從而能夠在延伸至大約零伏特的電池電壓范圍充電和保護(hù)連接至電池輸入節(jié)點(diǎn)的電池?？刂齐娐钒ㄓ糜诳刂频谝?PMOS晶體管開(kāi)關(guān)和第二 PMOS晶體管開(kāi)關(guān)的各個(gè)柵極和背部柵極的電路和當(dāng)充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)連接充電器輸入節(jié)點(diǎn)到電池輸入節(jié)點(diǎn)的電路。功率路徑管理電路還包括至少一個(gè)電壓存儲(chǔ)裝置，在出現(xiàn)斷電事件時(shí)提供電源給輸出節(jié)點(diǎn)。根據(jù)電池功率路徑管理電路的另一個(gè)實(shí)施例，第一開(kāi)關(guān)連接在電池輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)之間，第二開(kāi)關(guān)連接在充電器輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)之間。連接控制電路，當(dāng)電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，以便控制第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)連接電池輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)，并且當(dāng)充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，控制第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)連接充電器輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)。控制電路配置為控制開(kāi)關(guān)能夠使連接至電池輸入節(jié)點(diǎn)的電池提供在大約0.6伏特和大約零伏特之間的功率給輸出節(jié)點(diǎn)。電池功率路徑管理電路，包括當(dāng)充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)連接充電器輸入節(jié)點(diǎn)到電池輸入節(jié)點(diǎn)的電路，還包括至少一個(gè)電壓存儲(chǔ)裝置，在出現(xiàn)斷電事件時(shí)提供電源給輸出節(jié)點(diǎn)。根據(jù)用于控制電池輸入節(jié)點(diǎn)、充電器輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)之間的功率路徑的方法的實(shí)施例，當(dāng)電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，在電池輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建第一功率路徑，并且在電池輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建第二功率路徑，從而能夠使連接至充電器輸入節(jié)點(diǎn)的充電器提供在延伸到大約零伏特的電池電壓范圍的功率給輸出節(jié)點(diǎn)。該方法還包括:當(dāng)充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，在充電器輸入節(jié)點(diǎn)和電池輸入節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建第三功率路徑。


圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的功率路徑管理電路。圖2示出舉例說(shuō)明降低最小工作電壓的一個(gè)方式的實(shí)例現(xiàn)有技術(shù)功率路徑管理電路。圖3示出現(xiàn)有技術(shù)中控制PMOS柵極和背部柵極端電壓從而調(diào)節(jié)充電器輸出的實(shí)例功率路徑管理電路。圖4示出利用開(kāi)關(guān)類型的MOSFET的功率路徑管理的一部分電路實(shí)施例。圖5示出使用圖4的電路的功率路徑管理方法的功率路徑管理的電路的實(shí)施例。圖6示出具有用于控制電壓輸入側(cè)和電池輸入側(cè)兩者的控制電路和PMOS開(kāi)關(guān)的功率路徑管理的電路的實(shí)施例。圖7示出可以支持瞬間斷電或關(guān)鍵鏈路短路事件的功率路徑管理的一部分電路實(shí)施例。圖8示出舉例說(shuō)明輸入電壓和電池電壓因5ms斷電事件(brown-out event)而短路的情況的實(shí)例1 擬。
具體實(shí)施例方式如圖4中所示，功率路徑管理方法是使用功率路徑管理的開(kāi)關(guān)類型的M0SFET，現(xiàn)在參考圖4。圖4的功率路徑管理電路100示出連接在充電器輸入節(jié)點(diǎn)102和電路輸出節(jié)點(diǎn)(VM)104之間的管理電路的充電器一側(cè)。在充電器輸入節(jié)點(diǎn)102和電路輸出節(jié)點(diǎn)104之間的電流受開(kāi)關(guān)類型P-溝道MOSFET (PM0S裝置或器件)106的控制。PMOS裝置106的背部柵極受連接在充電器輸入節(jié)點(diǎn)102和電路輸出節(jié)點(diǎn)104之間的電路108的控制。電路108具有第一 PMOS裝置或器件110和第二 PMOS裝置或器件112，這些PMOS裝置的源極連接PMOS裝置106的背部柵極，和其漏極分別連接充電器輸入節(jié)點(diǎn)102和電路輸出節(jié)點(diǎn)104。比較器114連接充電器輸入節(jié)點(diǎn)102、電路輸出節(jié)點(diǎn)104 JPPMOS裝置112的背部柵極，并且比較器114配置為當(dāng)來(lái)自充電器輸入節(jié)點(diǎn)102的充電器103的輸入電壓，PACKP，高于輸出接點(diǎn)104的電壓時(shí)，產(chǎn)生PMOS裝置112的柵極的高輸出信號(hào)和PMOS裝置110的柵極的低 輸出信號(hào)。PMOS裝置106的柵極受連接電路120的控制，電路120包括由第一電流路徑和第二電流路徑構(gòu)成的電流反射鏡，其中第一電流路徑包括電阻器122和連接在充電器輸入節(jié)點(diǎn)102與接地103之間的η-溝道MOSFET (NM0S裝置或器件)124，第二電流路徑包括穩(wěn)壓二極管126和連接在輸出節(jié)點(diǎn)104與接地103之間的NMOS裝置128。PMOS裝置130和電流源132串聯(lián)在第一電流路徑，其中PMOS裝置130的柵極連接在電阻器122和NMOS裝置124的漏極之間。電容器134和電阻器136串聯(lián)在輸出節(jié)點(diǎn)104和PMOS裝置130的漏極之間。PMOS裝置106的柵極連接PMOS裝置140的漏極和NMOS裝置142的漏極，PMOS裝置146連接在NMOS裝置142的源極和PMOS裝置130的漏極之間。穩(wěn)壓二極管148從NMOS裝置142的源極和PMOS裝置146的漏極之間的節(jié)點(diǎn)連接到接地103。NMOS裝置142的柵極連接參考電勢(shì)，例如，7伏特。PMOS裝置150連接在PMOS裝置106的柵極和背部柵極之間。PMOS裝置150的柵極連接選擇線“SEL”，PMOS裝置140的柵極連接反向選擇線“SELZ”，選擇線和反向選擇線受到未示出的選擇信號(hào)源的控制。在操作中，當(dāng)連接至輸入節(jié)點(diǎn)102的電源電壓PACKP是正常值而不是太高時(shí)，開(kāi)啟開(kāi)關(guān)類型的PMOS裝置106。當(dāng)電源電壓高于某些值時(shí)(例如，內(nèi)部電路的最大安全工作電壓)，內(nèi)部功率箝位，因此將不會(huì)使內(nèi)部電路受壓過(guò)度。在電路100中，MOS裝置是漏極延伸的，能夠使MOS裝置支持在其漏極和源極之間、其漏極和柵極之間的絕對(duì)高的電壓。而且，所允許的最大柵到源電壓仍與普通MOS裝置的一樣。PMOS裝置106、110和112構(gòu)成從充電器輸入節(jié)點(diǎn)102的電源電壓PACKP到輸出節(jié)點(diǎn)104的內(nèi)部功率信號(hào)VM的功率路徑。PMOS裝置150、140和146與NMOS裝置142都是控制PMOS裝置106的柵極電壓的開(kāi)關(guān)。穩(wěn)壓二極管148和126具有相對(duì)高的擊穿電壓，例如TL.
當(dāng)啟用功率路徑時(shí)，利用合適的電壓電勢(shì)使SEL=1、SELZ=OJP SEL7V=1。然后，開(kāi)啟開(kāi)關(guān)類型的PMOS裝置106和140，PMOS裝置106的柵極電壓VGl具有與節(jié)點(diǎn)n2相同的電壓電勢(shì)。如果輸出節(jié)點(diǎn)104的輸出電壓VM低于穩(wěn)壓二極管126的擊穿電壓，那么沒(méi)有電流經(jīng)過(guò)NMOS裝置124和128的漏極，節(jié)點(diǎn)nl向上拉到充電器輸入節(jié)點(diǎn)102的輸入電壓PACKP。PMOS裝置130關(guān)閉，節(jié)點(diǎn)n2被電流源132向下拉到接地103。PMOS裝置106的柵極被拉低，以便打開(kāi)充電器輸入節(jié)點(diǎn)102和輸出節(jié)點(diǎn)104之間的路徑，并且輸出電壓VM是大約等于輸入電壓PACKP。由于PMOS裝置106用作開(kāi)關(guān)，所以其裝置大小可以小于用作以上參考圖3所述的調(diào)節(jié)裝置的大小。當(dāng)首先選擇功率路徑和輸入電壓PACKP低時(shí)，輸出電壓VM將跟隨PACKP。隨著PACKP電壓變得越來(lái)越高，輸出電壓VM將越來(lái)越高，直到穩(wěn)壓二極管126被擊穿。然后，通過(guò)穩(wěn)壓二極管126和NMOS裝置128的電流將通過(guò)NMOS裝置124反射或鏡像，從而向下拉動(dòng)nl和向上拉動(dòng)n2。結(jié)果，向上拉動(dòng)PMOS裝置106的柵極電壓。然后，輸出節(jié)點(diǎn)104的輸出電壓VM將箝位在大約Vzdl26+Vt2，其中Vzdl26是穩(wěn)壓二極管126上的電壓，大約7V，Vtl28是PMOS裝置128的閾值電壓(例如，0.5V)。電流反射鏡未打開(kāi)，直到輸出電壓VM，和7V —樣高，所以該體系結(jié)構(gòu)的功率消耗非常低(例如，當(dāng)PACKP電壓高達(dá)40V時(shí)，是2 3uA)。穩(wěn)壓二極管148用于將電壓箝位到n4，保護(hù)NMOS裝置142不會(huì)從其源極到其背部柵極被擊穿。如果n2上的電壓太高，PMOS裝置146用作保護(hù)NMOS裝置142的二極管。另一方面，當(dāng)未選擇功率路徑時(shí)，PMOS裝置150開(kāi)啟，PMOS裝置146和NMOS裝置142都關(guān)閉，VGl=VBl,和路徑被禁止。因此，圖4中的功率路徑管理電路100的功率消耗低于圖3的電路的功率消耗，其可以支持從低至1+伏特到高達(dá)漏極延伸的裝置的最大允許Vd(對(duì)于某些BiCMOS過(guò)程來(lái)說(shuō)是40V)的寬擺幅功率供給電壓。而且，其還能夠使用較小尺寸的裝置，因?yàn)楫?dāng)功率供給不太高時(shí)PMOS開(kāi)關(guān)柵極電壓是0V。現(xiàn)在參考的圖5，示出使用圖4的電路100的功率路徑管理方法的實(shí)例體系結(jié)構(gòu)160。兩個(gè)PMOS開(kāi)關(guān)162和164，都用于選擇電池電壓BAT或輸入電壓PACKP作為內(nèi)部能帶隙電路塊BG168和低壓降輸出調(diào)節(jié)器LD0170的節(jié)點(diǎn)166上的功率源VM。電池電壓由電池單元172和174提供，一對(duì)片外M0SFET176和178受控制電路180和181的控制。感測(cè)電阻器182連接在電池174和參考電勢(shì)177之間，例如PACKN電壓。監(jiān)視和保護(hù)電路178監(jiān)視低壓降輸出調(diào)節(jié)器(LDO) 170的電壓。某些應(yīng)用要求當(dāng)出現(xiàn)短路事件，輸入電壓PACKP和電池電壓BAT在幾毫秒下降得非常低時(shí)，該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)幸免于故障，而不會(huì)中斷或失去保護(hù)。例如由于“關(guān)鍵鏈路短路”或斷電事件可以引起短路。因此，為了確保系統(tǒng)能夠幸免于故障，外部電容器184和186包括電壓存儲(chǔ)性能。當(dāng)PACKP或BAT高于7V時(shí)，電容器184在斷電狀態(tài)中起作用，并維持功率路徑從PACKP到VM或BAT到VM的穩(wěn)定性。當(dāng)PMOS裝置162和164關(guān)閉，電池電壓BAT和輸入電壓PACKP都降低至OV時(shí)，電容器186維持低壓降輸出調(diào)節(jié)器170的穩(wěn)定性，而且存儲(chǔ)某些電荷用于提供功率給輸出節(jié)點(diǎn)166。在圖6的電路190中例證控制電路和PMOS開(kāi)關(guān)，現(xiàn)在參考圖6。電路190具有兩個(gè)結(jié)構(gòu)與以上參考圖4描述的電路100相似的部件100和100’，電池輸入側(cè)的兀件符號(hào)上撇號(hào)(’)指示的電壓輸入側(cè)的元件。還應(yīng)當(dāng)注意，在附圖的右側(cè)可以看到電壓輸入部件。在電池輸入部件100’中，電池良好檢測(cè)器195確定電池輸入節(jié)點(diǎn)102’上的電池電壓是否大于功率復(fù)位閾值電壓PORth和電壓輸入部件100的功率的電壓，充電器存在檢測(cè)器197確定充電器輸入節(jié)點(diǎn)102是否存在充電器電壓。同時(shí)來(lái)自電池良好檢測(cè)器195和充電器存在檢測(cè)器197的輸出連接優(yōu)先決策和電平移位器電路199。在操作中，控制邏輯如下:(I)如果電池輸入節(jié)點(diǎn)102’上的電池電壓BAT低，而節(jié)點(diǎn)102上的輸入電壓PACKP高，那么PMOS裝置106’將關(guān)閉和PMOS裝置106將開(kāi)啟。這有利于喚醒和預(yù)充電零伏特電池。輸入電壓PACKP將為所有內(nèi)部電路塊提供功率。(2)當(dāng)電池電壓BAT高于某些預(yù)定值Vbatl時(shí)，其中所有內(nèi)部電路塊可以由電池電壓BAT適當(dāng)?shù)靥峁┕β?，那么PMOS裝置106’開(kāi)啟，和PMOS裝置106關(guān)閉。(3)對(duì)于關(guān)鍵鏈路短路(keychainshort)或斷電(brown-out)事件,隨著外部FET開(kāi)啟，輸入電壓PACKP短路到接地或PACKN一段短時(shí)間，PMOS裝置106’和PMOS裝置106都關(guān)閉，因此通過(guò)電容器134和134’為內(nèi)部電路提供功率。選擇電容器134和134’，因此在該事件期間，低壓降輸出調(diào)節(jié)器輸出電壓不會(huì)低于監(jiān)視和保護(hù)電路的最小工作電壓。控制電路100和100’使用電池電壓BAT和輸入電壓PACKP作為輸入，起到在PMOS裝置106和106’上產(chǎn)生柵極電壓和背部柵極電壓的作用。對(duì)于在電池的不同模式之間平穩(wěn)地過(guò)渡，電路190使用充電器存在檢測(cè)器197和電池良好檢測(cè)器195。與此同時(shí)，比較器114’生成信號(hào)，該信號(hào)打開(kāi)和關(guān)閉PMOS開(kāi)關(guān)110’和112’使得PMOS裝置106’的背部柵極為節(jié)點(diǎn)104上的電池電壓BAT和輸出電壓VM的最大值。相似地，比較器114生成信號(hào)，該信號(hào)打開(kāi)和關(guān)閉開(kāi)關(guān)110和112使得PMOS裝置106的背部柵極電壓為節(jié)點(diǎn)104上的輸入電壓PACKP和輸出電壓VM的最大值。選擇使用哪個(gè)功率路徑，是由優(yōu)先決策和電平移位器199、充電器存在檢測(cè)器197和電池良好檢測(cè)器195確定的。在一個(gè)實(shí)施例中,例如,如果電池良好檢測(cè)器195確定電池電壓BAT高于復(fù)位閾值的功率PORth，(例如，大約2伏特)，那么電池具有的優(yōu)先級(jí)比輸入電壓PACKP的優(yōu)先級(jí)高，并且創(chuàng)建從電池輸入節(jié)點(diǎn)102’到輸出節(jié)點(diǎn)104的功率路徑。如果電池電壓太低(例如，小于PORth)，如果檢測(cè)到存在充電器，那么創(chuàng)建從充電器輸入節(jié)點(diǎn)102的輸入電壓PACKP到輸出節(jié)點(diǎn)104的功率路徑。另一方面，如果未檢測(cè)到充電器，那么控制電路100’將工作，繼續(xù)控制開(kāi)關(guān)晶體管使連接至電池輸入節(jié)點(diǎn)102’的電池提供功率給輸出節(jié)點(diǎn)104，一直到復(fù)位閾值上的功率PORth。以上描述的雙功率路徑管理體系結(jié)構(gòu)，還可以通過(guò)將較大電容器184和186放置在輸出節(jié)點(diǎn)166和低壓降輸入調(diào)節(jié)器170的輸出，來(lái)支持瞬間斷電或關(guān)鍵鏈路短路事件，如圖7中的電路160’所示，現(xiàn)在參考圖7。在斷電事件或關(guān)鍵鏈路短路事件期間，由可以短暫地連接電壓輸入節(jié)點(diǎn)到接地的開(kāi)關(guān)200所指示，PMOS裝置162和164都關(guān)閉，因此在節(jié)點(diǎn)166的內(nèi)部電壓將由電容器184保持。連接至低壓降輸出調(diào)節(jié)器170的電容器186還將保持其電壓。當(dāng)出現(xiàn)斷電事件時(shí)，該系統(tǒng)可以減少低壓降輸出調(diào)節(jié)器170上某些負(fù)載的功率消耗，從而防止低壓降輸出調(diào)節(jié)器170的電壓迅速下降。現(xiàn)在參考圖8，其示出當(dāng)輸入電壓PACKP和電池電壓BAT因5ms斷電事件短路時(shí)的實(shí)例模擬。曲線250示出來(lái)自低壓降輸出調(diào)節(jié)器170的電壓輸出與時(shí)間的曲線圖，曲線252是在輸出節(jié)點(diǎn)VM104的電壓輸出與時(shí)間的曲線圖。曲線254和256分別是電壓與輸入電壓PACKP的時(shí)間的曲線圖和電壓與電池電壓BAT的時(shí)間的曲線圖?？梢钥吹剑诔霈F(xiàn)關(guān)鍵鏈路短路事件或斷電事件期間，PACKP電壓和BAT電壓都降低到零。而且，如曲線250和252所示，在斷電時(shí)間期間，低壓降輸出調(diào)節(jié)器170利用大約10 μ F的電容驅(qū)動(dòng)大約200 μ A的負(fù)載。已經(jīng)關(guān)于不同的裝置或元件描述電氣連接、耦接、和連接。這些連接和耦接可以是直接的或間接的。在第一電氣裝置和第二電氣裝置之間的連接可以是直接電氣連接，或可以是間接電氣連接。間接電氣連接可以包括可以處理從第一電氣裝置到第二電氣裝置的信號(hào)的插入兀件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在不偏離要求的發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)所描述的實(shí)例實(shí)施例和實(shí)現(xiàn)的其他實(shí)施例做出改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種電池功率路徑管理電路，包含: 連接在電池輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)之間的第一開(kāi)關(guān)； 連接在充電器輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間的第二開(kāi)關(guān)；和 連接的控制電路，當(dāng)所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，控制所述第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)連接所述電池輸入節(jié)點(diǎn)到所述輸出節(jié)點(diǎn)，和當(dāng)所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，控制所述第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)連接所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)到所述輸出節(jié)點(diǎn)； 所述控制電路配置為控制所述開(kāi)關(guān)以能夠在延伸至大約零伏特的電池電壓范圍內(nèi)來(lái)充電和保護(hù)連接至所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)是第一MOS晶體管和第二 MOS晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，進(jìn)一步包含:用于控制所述第一MOS晶體管和第二 MOS晶體管的各自柵極的電路，其中在所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)無(wú)電壓的情況下，所述電池通過(guò)一個(gè)所述MOS晶體管連接到所述輸出節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電 路，進(jìn)一步包含:用于根據(jù)施加于所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)和所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓而控制所述第一MOS晶體管和第二MOS晶體管的各自背部柵極的電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中所述用于控制所述各自背部柵極的電路包含:如果所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于所述輸出節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，將所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓應(yīng)用于所述第一 MOS晶體管的背部柵極的電路；和如果所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于所述輸出節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，將所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓應(yīng)用于所述第二 MOS晶體管的背部柵極的電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，如果所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓低于預(yù)定閾值并且所述控制電路檢測(cè)到充電器，那么所述控制電路創(chuàng)建從所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)到所述輸出節(jié)點(diǎn)的功率路徑；以及如果所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓低于所述預(yù)定閾值并且如果未檢測(cè)到充電器時(shí)，所述控制電路使得電池輸入上的所有負(fù)載不工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，進(jìn)一步包含:當(dāng)所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，連接所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)和所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電路。
8.一種電池功率路徑管理電路，包含: 控制電路，當(dāng)電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，控制電路在電池輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建第一功率路徑，并且當(dāng)所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，在所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建第二功率路徑； 所述控制電路配置為控制所述第二功率路徑提供功率給所述輸出節(jié)點(diǎn)，從而能夠在延伸至大約零伏特的電池電壓范圍來(lái)充電和保護(hù)連接至所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電池。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述第一功率路徑包含第一PMOS晶體管開(kāi)關(guān)，并且所述第二功率路徑包含第二 PMOS晶體管開(kāi)關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中所述控制電路包含用于控制所述第一PMOS晶體管開(kāi)關(guān)和第二 PMOS晶體管開(kāi)關(guān)的各自柵極的電路，其中在所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)無(wú)電壓的情況下，所述電池通過(guò)所述第一 PMOS晶體管開(kāi)關(guān)連接到所述輸出節(jié)點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，進(jìn)一步包含:用于根據(jù)應(yīng)用于所述電池輸入節(jié)點(diǎn)和所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓控制所述第一 PMOS晶體管開(kāi)關(guān)和第二 PMOS晶體管開(kāi)關(guān)的各自背部柵極的電路，其包含如果所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于所述輸出節(jié)點(diǎn)的電壓而用于將所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓應(yīng)用于所述第一 PMOS晶體管開(kāi)關(guān)的所述背部柵極的電路，和如果所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于所述輸出節(jié)點(diǎn)的電壓而將所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓應(yīng)用于所述第二 PMOS晶體管開(kāi)關(guān)的所述背部柵極的電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，進(jìn)一步包含:當(dāng)所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，連接所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)到所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電路。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，進(jìn)一步包含:在出現(xiàn)斷電的情況下提供電壓給所述輸出節(jié)點(diǎn)的電壓存儲(chǔ)裝置。
14.一種用于控制電池輸入節(jié)點(diǎn)、充電器輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)之間的功率路徑的方法，所述方法包含: 當(dāng)所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，在所述電池輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建第一功率路徑； 在所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建第二功率路徑，從而能夠使連接至所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)的充電器在延伸至大約零伏特的電池電壓范圍上提供功率給所述輸出節(jié)點(diǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述創(chuàng)建第一功率路徑包含在所述電池輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間提供第一低電阻開(kāi)關(guān)，所述創(chuàng)建第二功率路徑包含在所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié) 點(diǎn)之間提供第二低電阻開(kāi)關(guān)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包含當(dāng)所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)的電壓大于所述電池輸入節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，在所述充電器輸入節(jié)點(diǎn)和所述電池輸入節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建第三功率路徑。
全文摘要
當(dāng)輸入節(jié)點(diǎn)電壓大于充電器輸入節(jié)點(diǎn)電壓時(shí)，電池功率路徑管理電路(190)的控制電路在電池輸入節(jié)點(diǎn)(102’)和輸出節(jié)點(diǎn)(104)之間創(chuàng)建第一功率路徑，和當(dāng)充電器輸入節(jié)點(diǎn)(102)的電壓大于電池輸入節(jié)點(diǎn)電壓(102’)時(shí)，該電池功率路徑管理電路(190)的控制電路在充電器輸入節(jié)點(diǎn)(102)和輸出節(jié)點(diǎn)(104)之間創(chuàng)建第二功率路徑。該控制電路控制第二功率路徑提供功率給輸出節(jié)點(diǎn)(104)，使得在從大約零伏特的電池電壓范圍內(nèi)進(jìn)行電池充電和保護(hù)。該控制電路具有較低功率消耗，并且可以支持從低至一伏特到高達(dá)漏極延伸的裝置的最大允許Vd的寬擺幅功率供給電壓。該控制電路可以使用較小尺寸的裝置，因?yàn)楫?dāng)功率供給不太高時(shí)，PMOS開(kāi)關(guān)柵極電壓是0V。
文檔編號(hào)H01M10/48GK103210560SQ201180054084
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者W·張, J·R·庫(kù)珀 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司